No compre teléfonos inteligentes 5G, al menos en el futuro cercano

Un análisis de las muchas formas en que la primera generación de equipos con soporte 5G (¿temporalmente?) Destruirá los desarrollos existentes en el diseño del teléfono

5G ya está aquí
5G ya está aquí, pero eso no significa que deba comprarlo

2019 será el año de 5G, al menos, la industria celular continúa haciendo tales declaraciones. Veremos el lanzamiento de ventas de varios teléfonos inteligentes 5G de fabricantes de equipos originales como Samsung, Motorola y OnePlus, y los operadores se desviarán para decirle cuán geniales son sus nuevas redes 5G, a pesar de un montón de asteriscos después del texto publicitario. Quería hacer algún tipo de broma que demuestre el nivel absurdo de exageración en torno a 5G, pero es muy difícil superar las citas reales de los directores de empresas, por ejemplo, Verizon afirma que 5G "mejorará drásticamente nuestra comunidad global". Internet móvil más rápido está en camino, pero ¿es realmente hora de preocuparse por esto?

Qualcomm recientemente hizo un gran anuncio sobre sus chips para 2019, y dado que es el mayor proveedor de chips para teléfonos inteligentes en el mundo, podemos tener una idea bastante clara de cómo será el futuro hardware para 5G. La industria está luchando por presentar el 5G como el "próximo éxito", pero el 5G del próximo año definitivamente será un colapso de la primera generación. Los primeros usuarios de 5G tendrán que aceptar la gama completa de compromisos. Y debido al hecho de que donde vives, en principio puede no haber cobertura 5G, sería mejor esperar un año o dos.

Referencia 5G mmWave: utilizando un espectro que nadie necesitaba

5G es una breve referencia a la tecnología de red celular de próxima generación, que comienza en 2019. Todo este sistema de numeración con la letra G comenzó en la década de 1990 con el lanzamiento de la tecnología GSM, que se denominó tecnología de red móvil de "segunda generación" [2a generación] o 2G. GSM ha actualizado las primeras redes de analógico a digital, por lo que las antiguas redes analógicas se llamaban 1G retroactivamente. Desde entonces, obtenemos todos los Gs nuevos después de cada actualización de red aproximadamente una vez cada 10 años. Estas etapas de desarrollo nos dieron cosas tan importantes como SMS y MMS, redes basadas en IP e Internet móvil y, por supuesto, aún más velocidad.

Hoy en día, los teléfonos inteligentes modernos funcionan con 4G LTE a frecuencias en el rango de 450 MHz a 5.9 GHz. La transición a 5G incluirá mejoras en la infraestructura LTE existente, pero las características definitorias de 5G son la adición de una nueva pieza de espectro en el rango de 24 GHz a 90 GHz. La industria acordó llamar a este rango mmWave (de "ondas milimétricas"), y requerirán la instalación de hierro nuevo en el teléfono, nuevos equipos en la torre y grandes cambios en el funcionamiento de la red telefónica y telefónica.


mmWave ofrece una amplia gama de espectro, pero es difícil de usar

Estamos acostumbrados al hecho de que estas actualizaciones de la red G van acompañadas de presentaciones convincentes sobre cuánto mejorará todo después de la implementación, pero la transición a 5G mmWave no puede llamarse un argumento convincente. Dado que la frecuencia de operación del rango mmWave es mucho mayor que la de LTE, tiene suficientes deficiencias. El rango tiene una distancia de recepción más corta, penetra peor a través de obstáculos, en comparación con LTE. La señal mmWave está bloqueada por edificios, árboles e incluso a mano. mmWave no funciona bien en lluvia o niebla, y a 60 GHz, la señal es absorbida por el oxígeno. Sí, sí, parte del espectro mmWave está bloqueado por aire.

Dada la cantidad de obstáculos que deben superarse, mmWave parece una pieza terrible del espectro para construir una red móvil sobre la base de esto hasta que considere dos puntos clave: un aumento en la frecuencia significa que mmWave tiene un ancho de banda alto y una baja latencia si todo funciona, ya que necesario, y lo más importante, este espectro es gratuito. mmWave no se usa para casi nada, ya que trabajar con él es un dolor de cabeza. Por lo tanto, si puede resolver todos los problemas de implementación, de repente tendrá un gran espacio de trabajo. Y esto es lo primero de lo que hablan las empresas cuando comienzan a hablar de mmWave. Dicen que toda esta tarea será extremadamente difícil y muy difícil, pero valdrá la pena.

LTE apareció en 2011, y en los últimos años ha habido un progreso significativo en la reducción, aceleración y mejora del rendimiento de los teléfonos inteligentes con 4G. Con 5G, perderemos una gran parte de esta madurez técnica al introducir un montón de nuevos y costosos equipos 5G en los dispositivos.

Módems 5G separados: más componentes, más consumo, menos batería

Hoy en día, casi todos los teléfonos inteligentes funcionan sobre la base de un solo chip, que se denomina apropiadamente el "Sistema en un Chip" o SoC. El nombre nos dice que estos son los componentes principales con los que puede crear una computadora en un pequeño chip. Por lo general, hay un montón de núcleos de CPU, GPU, ISP para la cámara, WiFi y mucho más. La memoria técnicamente no se encuentra en este chip, pero para ahorrar espacio se coloca en la parte superior del SoC. El componente principal, que no se encuentra en el SoC, es el almacenamiento y, además, pequeños chips que controlan la potencia, el audio, Bluetooth, NFC y todo lo demás generalmente se encuentran dispersos en la placa base. Y luego, la tarea de la placa base ya es conectar todo con todo y apartarse rápidamente, ya que la mayor parte posible del teléfono debe estar lleno de batería.

La conclusión es que el espacio dentro del teléfono inteligente es muy valioso, y aunque no podemos hacer nada con el tamaño de componentes como SoC, cámara, tarjeta SIM o puerto USB, podemos cambiar el tamaño de la batería según lo desee. Es decir, "tamaño de teléfono inteligente" significa "tamaño de batería". Si algo aumenta de tamaño, la batería disminuye. Cualquier cosa que requiera componentes adicionales reduce la vida útil de la batería. La batería recibe el espacio restante del teléfono inteligente (este es un argumento en contra de la toma de auriculares).

En los últimos años, los fabricantes de teléfonos inteligentes han tratado de convencernos de que no necesitamos un conector para auriculares y que quitarlos reducirá la complejidad del sistema y liberará espacio para la batería. El director de Razer, Ming-Liang Tan, incluso cuantificó esto : dijo que al deshacerse de la toma de auriculares del teléfono Razer, la compañía podría aumentar la capacidad de la batería en 50 mAh.

¿Y por qué es esto importante en un artículo sobre 5G? En resumen, 5G mmWave requerirá mucho más hierro que 4G, lo que plantea todos estos problemas con el tamaño de la batería y la complejidad del dispositivo.


5G necesita un chip separado, incluso con el nuevo SoC de Qualcomm

La mayor ventaja de Qualcomm en la era 4G fueron sus módems. La combinación de tecnologías patentadas y derechos de propiedad intelectual permitió a la compañía convertirse en el único fabricante de chips capaz de combinar SoC y módem en un chip y venderlo en todo el mundo por poco dinero.

Qualcomm es la única compañía con una solución de módem SoC + asequible con una importante red de distribución en todo el mundo.

Samsung ofrece módems integrados en la línea Exynos, pero los dispositivos Samsung aún usan chips Qualcomm en los Estados Unidos, China, América Latina y Japón. Huawei y MediaTek están en una posición similar: pueden fabricar LTE en un chip, pero no distribuyen estos chips en todo el mundo. Apple fabrica SoC para el iPhone, pero usa un chip separado para el módem. Apple dejó los módems iPhone XS de Qualcomm en favor de los módems de Intel, pero eso generó una gran cantidad de demandas entre Apple y Qualcomm.

Qualcomm posee patentes celulares básicas en algunos países, y utiliza agresivamente su propiedad intelectual para mantener una posición dominante. La compañía ya se ha enfrentado a numerosos litigios por parte de muchas compañías en muchos países del mundo en relación con licencias injustas de patentes, pero esto no afectó la realidad del mercado en el que todos, excepto Apple, usan módems de Qualcomm.

Una solución de un solo chip es una gran ventaja al hacer que la placa base sea más pequeña, más barata y más fácil, dejando más espacio para la batería. Si reúne todo en un solo chip, esto ahorrará energía durante la operación, ya que generalmente un chip consume menos energía que dos. Durante años, los usuarios de Qualcomm han disfrutado usando SoC con módems 4G LTE, y la compañía ha usado esta ventaja para dominar el mercado. Hoy en día, prácticamente tiene el monopolio entre los fabricantes de SoC de alta gama, ya que casi todos los buques insignia de Android usan SoC de Qualcomm.

Qualcomm recientemente mostró su SoC insignia para 2019, el Snapdragon 855. Y si bien la compañía dedica mucho esfuerzo a promover la publicidad que rodea las capacidades de 5G Snapdragon 855, no tendrá un módem 5G mmWave a bordo. Tendrá soporte LTE incorporado, como de costumbre, pero los teléfonos necesitarán un módem 5G por separado: Qualcomm perderá su ventaja de chip único cuando aparezca 5G. Como expliqué anteriormente, esto significará una disminución en la batería y un aumento en el consumo de energía.

Ya hemos experimentado toda esta historia con "equipos de red de primera generación". Cuando comenzó la transición a 4G, el primer lote de equipos también vino con módems separados: veremos este compromiso en el caso de 5G. El ejemplo más famoso fue el HTC Thunderbolt, el primer dispositivo 4G habilitado para Verizon. Utilizó el SoC Qualcomm Snapdragon MSM8655 (antes de la numeración simplificada del modelo) con un módem Qualcomm MDM9600 LTE separado. Y este Thunderbolt fue un desastre, porque todos sus nuevos equipos 4G venían con una batería de solo 1400 mAh. El teléfono era lento, caliente, con errores y rápidamente desperdiciaba la batería. Thunderbolt está constantemente en la lista de los peores teléfonos de todos los tiempos, y un empleado de HTC incluso se disculpó por crearlo. El nuevo equipo de red puede convertirse en un desastre si se usa incorrectamente.

Gigantescos chips 5G de primera generación de Qualcomm

No puedo garantizar que la primera generación de equipos 5G resulte ser tan mala como Thunderbolt, ya que ha cambiado mucho en el diseño de los teléfonos inteligentes desde entonces, pero la preocupación por las versiones anteriores de equipos de red continúa. El nuevo equipo de red es nuevo porque se está reduciendo por primera vez lo suficiente como para caber en un teléfono inteligente. Las empresas no esperan hasta que les sea fácil cumplir con los requisitos de tamaño para lanzar un producto; comienzan a desarrollar un nuevo teléfono en el segundo momento en que el equipo de red apenas se ajusta. Es probable que estos dispositivos 2019 estén llenos de hierro para 5G, el más grande del hierro existente para 5G.

Comparemos los componentes internos necesarios para que las redes 4G y 5G funcionen. Con respecto a los chips principales de Qualcomm en 2019, se instalará un Snapdragon 855 en un teléfono 4G, eso es todo. Está integrado en un módem LTE, por lo que no se necesita un chip separado, y las antenas para LTE son cables pequeños, generalmente integrados en la placa base. 5G es un asunto completamente diferente: necesitará un Snapdragon 855, un módem Snapdragon X50 5G, un conjunto de módulos de antena QTM052, y estos son realmente chips, no solo cables o pistas de la placa base.


Chips Qualcomm al lado de centavos para escala

No he visto publicaciones de Qualcomm con los tamaños de chips 5G o Snapdragon 855 , pero por costumbre suben sus fotos al lado de centavos. Deberían decir, "mira qué pequeños son nuestros chips", pero además, ofrecen una escala excelente: podemos subir fotos a Photoshop y obtener las imágenes de los chips en una escala.

Resulta que los chips 5G de primera generación serán fuertes, al menos en comparación con otros componentes extremadamente pequeños. El módem X50 y el único módulo de RF ocupan más espacio que todo el Snapdragon 855. Tenga en cuenta que el 855 es SoC por completo, es decir, todo lo que necesita para que la computadora funcione, más el módem 4G incorporado, por lo que es increíble que haya un módem 5G y un módulo Los RF ocupan casi tanto espacio como todos los demás componentes clave, con la excepción del almacenamiento. Hasta ahora, 4G tiene un diseño ordenado en el chip, y 5G tendrá que lidiar con chips masivos.

Hardware exponencialmente más complejo y muchas dificultades en el desarrollo

En la Cumbre Qualcomm Snapdragon en Hawai en diciembre, el presidente de la compañía, Cristiano Amon, habló un poco sobre lo difícil que es crear un teléfono inteligente para 5G. En una de las diapositivas de la presentación, se mencionó que 5G "exponencialmente" complica el desarrollo de los teléfonos inteligentes. Y aunque Amon esperaba que fuera un cumplido impresionante para los ingenieros de la compañía, en mi opinión, suena como horror, matando la batería. La complejidad es mala. La complejidad es cara.

El punto no es solo que el hierro para 5G es más grande que el hierro para 4G, sino que deberá llenar el teléfono con hierro para 5G para que funcione. mmWave penetra los obstáculos tan mal que la señal puede bloquearse fácilmente con la mano, y para el dispositivo que mantiene constantemente en uso, esto es un problema. Para evitar una situación en la que está " aguantando mal " , Qualcomm decidió rellenar el teléfono con múltiples antenas 5G.









Por lo tanto, su teléfono no solo necesitará el Snapdragon 855, el módem X50 y el módulo de antena QTM052, sino que necesitará varios chips QTM052. Las especificaciones de la compañía indican que para sortear las limitaciones de mmWave, se requieren cuatro módulos ubicados en diferentes lugares, aunque las versiones más avanzadas del circuito pueden funcionar con tres. Todos los diagramas para 5G muestran cuatro módulos de antena, uno en cada lado. El diseño de referencia del prototipo 5G muestra tres antenas 5G: en la parte superior, izquierda y derecha. El 5G Moto Mod de Motorola, y este es el más cercano a un producto de consumo real que existe hoy en día, tiene cuatro antenas: izquierda, derecha y dos en la parte superior.

No importa qué configuración elija el OEM, aparentemente, todos los teléfonos tendrán varias antenas, y el teléfono podrá elegir una antena que su mano no esté bloqueando actualmente. Por ejemplo, si lo mantiene en modo vertical, su mano puede bloquear las antenas izquierda y derecha, y el teléfono puede cambiar a superior e inferior. Si utiliza el diseño del paisaje, lo contrario es cierto. 5G cambiará independientemente a antenas capaces de trabajar con la señal.

Más antenas: componentes internos más complejos y menos espacio libre. Volviendo a las fotos de los chips en una escala, vemos que el chipset ocupará una gran cantidad en comparación con 4G. No sé cuál es su grosor, pero si mides en píxeles, entonces 5G ocupa 3.3 veces más área que 4G en SoC. Para una industria que ya no puede proporcionar un conector para auriculares porque ocupa demasiado espacio, todo este equipo 5G adicional es difícil de justificar.


Antenas en el costado? Un teléfono inteligente típico tiene un marco de metal alrededor del perímetro, y esta opción obviamente no pasará

Pero diseñar un circuito se vuelve más complicado que simplemente colocar todos los componentes en una hoja plana. Se necesitan varias antenas para implementar una técnica llamada "formación de haz 3D". En lugar de enviar una señal en forma de onda (imagine un símbolo de WiFi), una antena de formación de haz puede detectar una estación y lanzar una señal concentrada directamente en ella. En este caso, la estación detectará su teléfono y le enviará un rayo directamente. Qualcomm dice que esta tecnología es una característica clave de los dispositivos 5G, ya que un haz concentrado ayudará a superar algunos problemas de mmWave relacionados con la distancia y la penetración. Y por ahora, todas las especificaciones de Qualcomm y todo el hardware dicen que estas antenas están ubicadas en un plano perpendicular a la placa base, en el borde del teléfono.

Si la electrónica 5G realmente necesita una gran área de superficie de la antena para estar al costado, pero por ahora toda la evidencia lo confirma, suscita algunas ideas interesantes sobre el diseño. Hoy en día, la carga inalámbrica ha llevado a los teléfonos a pasar de cajas de metal a cubiertas de vidrio que permiten que las señales de radio pasen por la parte posterior de la caja. Dado que el vidrio no es un material tan fuerte, estos teléfonos tienen un marco de metal que refuerza el diseño, que generalmente es visible desde los lados. Es poco probable que un teléfono inteligente con un borde de metal sea compatible con antenas 5G ubicadas a los lados. Por supuesto, tampoco puede haber un borde de vidrio, ¿y lo que queda es plástico? 5G puede abrir la era de los teléfonos inteligentes con lados de plástico. No veo otra forma de hacer que estas antenas laterales funcionen.

Además, alguien tendrá que pagar por todos estos componentes 5G adicionales y, aparentemente, el consumidor lo hará. El director de OnePlus, Pete Lau, dijo recientemente a The Verge que 5G hará que los teléfonos sean más caros a $ 200- $ 300. Y esto es mucho dinero para un teléfono que será más grande y funcionará menos que un teléfono con 4G.

Salida de realidad brutal 5G

5G, obviamente, requerirá que los teléfonos inteligentes se vean comprometidos en el campo del hardware, al menos en el futuro cercano. Cambiar a 5G significará aceptar muchos compromisos en comparación con un teléfono 4G, pero ¿qué obtenemos a cambio? En 2019, es solo "posiblemente un Internet más rápido", dependiendo de un montón de variables relacionadas principalmente con su ubicación. En primer lugar, debe estar en una ciudad donde funciona 5G, luego debe estar en un lugar determinado donde pueda recibir una señal de 5G, y luego debe decidir si realmente necesita este aumento de velocidad.


A juzgar por el diagrama, Qualcomm imagina que mmWave solo se usará en ciudades, debido a las limitaciones de distancia. LTE .

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